稳压电荷泵和电感式DC/DC转换器的比较

因此升压转换器的输出电压始终高于输入电压，因为1/(1 - D) 始终大于1。图5给出了升压稳压器的结构。

因此，对于需要稳压输出电压既可高于输入电压又可低于输入电压的应用，降压或升压稳压器都不太合适。

单端初级电感式转换器(SEPIC)

另一种应用日益广泛的电感式DC/DC转换器是SEPIC结构。其特点是输出的稳压电压既能够高于输入电压，也可以低于输入电压。

如图6所示，SEPIC与传统降压转换器和升压转换器的区别在于，采用两个外部电感(L1和L2)以及两个外部电容(CP 和 COUT)。SEPIC电源的工作也包括两个阶段，但对其工作方式的讨论不是非常广泛，因为相对更为复杂，而其应用也是近期才流行起来。

同样，为简化分析，我们考察一个L1 和 L2都工作在连续电流模式的固定频率SEPIC稳压器。

为理解SEPIC稳压器的工作，我们首先从平衡状态开始，这时开关都是关断的。没有直流电流通过CP。CP端的电压(从左到右)是VIN，其左侧通过L1连接到VIN，右侧通过L2连接到地。

在开关导通阶段，L1右侧连接到地，VIN就是其两端的电压。CP左侧电平转接到地，由于CP两端的电压是VIN，因此CP右侧的电压是−VIN。L2的下端接地，同时与CP并联，因此其上端电压为−VIN。二极管D1现在是反向偏置，因此没有电流通过。

在此阶段，L1由VIN充电， L2由CP进行充电。由于D1是反向偏置的，两个电感都不对COUT进行充电或为负载供电。负载电流由COUT提供。因此，两个电感的电流都以线性方式上升，在开关导通阶段的开始初始值为iL1和iL2, 在开关导通阶段结束时的最终值分别为iH1和iH2 (参考图6)。

电感两端电压与通过电感的电流之间的关系为：

V=L(di/dt) 方程(3)

从公式3推导出，在开关导通阶段电感L1和L2的电压-电流关系如下：

iH1-iL1=(VIN-0)tON/L1=VINtON/L1 方程(4a)

iH2-iL2=(0-(-VIN))tON/L2=VINtON/L2 方程(4b)

在开关导通阶段，由于通过L1的电流不能瞬时变化，因此同样的电流流出L1的右侧，迫使L1右侧电平从地上升到高于VIN。这同时将CP左侧的电平移至高于VIN，从而导致电流从其右侧流出，使D1处于正向偏置。这样CP右侧的电压，即L2上端的电压，也等于VOUT(忽略二极管的小压降)。此外，我们已经确定 CP 两端(从左到右)的电压为VIN，因此 CP 和 L1 之间结点的电压现在为VIN+VOUT。

来自L1和L2电感的电流现在开始对 COUT 充电并为负载提供电流。因此，两个电感的电流都以线性方式下降，在开关断开阶段的开始初始值为 iH1和iH2, 在开关断开阶段结束时的最终值分别为iL1和iL2(参考图6)。

在开关断开阶段，L1和L2电感上的电压-电流关系为：

iL1-iH1=(VIN-(VIN+VOUT))(T-tON)/L1=-VOUT(T-tON)/L1 方程(5a)

iL2-iH2=(0-VOUT)(T-tON)/L2=-VOUT(T-tON)/L2 方程(5b)

从方程4a和5a，或方程4b和5b， 可以导出VOUT：

VOUT=VINtON/(T-tON) 方程(6a)

方程6a还可以表示为：

VOUT=VIND/(1-D) 方程(6b)

其中D为占空比，等于tON/T。

从方程6a 和 6b，我们可以看出，SEPIC稳压器的输出电压既可以高于输入电压，也可以低于输入电压，因为D/(1 -D)的值既可大于1，也可小于1。

比较

稳压电荷泵转换器和SEPIC稳压转换器都可以输出高于或低于输入电压的稳压电压。对于成本敏感和避免设计复杂性的应用来说，稳压电荷泵比SEPIC稳压器更为适用。

稳压电荷泵解决方案不需要电感，因此比基于SEPIC的解决方案更为简单。因此，与SEPIC稳压器相比，稳压电荷泵转换器解决方案在设计上更简单，外形尺寸更小，成本更低。

另一方面，SEPIC稳压器能够在所有负载电压和电流状态下提供较高的效率，因此对于具有这种需求的场合是更合适的选择。此外，作为基于电感的DC/DC拓扑结构，SEPIC稳压器能够比稳压电荷泵转换器输出更大的电流。

结论

稳压电荷泵式和电感式DC/DC转换器(包括降压、升压以及SEPIC稳压器)之间的比较可总结如下：

•稳压电荷泵式解决方案通常设计更简单、尺寸较小、成本更低。

•在许多情况下，SEPIC稳压转换器效率较高，并且可以输出较大电流。

因此设计工程师应当根据系统要求和设计要求进行折衷，选择最适合的电源转换器拓扑结构。